JP4710450B2

JP4710450B2 - 位置決め装置

Info

Publication number: JP4710450B2
Application number: JP2005203548A
Authority: JP
Inventors: 浩樹中川; 行高牧野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2025-07-12
Also published as: JP2007021598A

Description

本発明は、工作機械のテーブル等の基準部材にワークやワークパレット等の可動部材を位置決め固定する位置決め装置に関する。

従来、ワークやワークパレット等の可動部材に形成されている２つの基準穴を、工作機械のテーブル等の基準部材に設けられている該基準穴に対応する２つの位置決めピンによって可動部材を所定の位置に位置決め固定する位置決め装置が知られている。

この位置決め装置は、基準部材に形成されている一方の位置決めピンを、このピンに一方の基準穴を挿入することにより、この基準穴の基準部材における平面位置（座標）を規定するための位置決めピンとし、もう一方の位置決めピンを、このピンにもう一方の基準穴を挿入することにより、両基準穴の中心軸を結んだ線と平面位置を通る仮想の基準線とのなす角度を規定するための位置決めピンとして利用し、可動部材を基準部材に位置決め固定している。

また、別の従来の位置決め装置として、工作機械のテーブル等の基準部材に設けた位置決めピンを２つ以上備え、この位置決めピンにワークやワークパレット等の可動部材の基準部材に対向する面に形成されている２つ以上の基準穴を挿入させて、可動部材を基準部材に位置決め固定する位置決め装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この位置決め装置は、これらの位置決めピンの少なくとも一つに、位置決めピンを径方向に拡大させる拡径機能すなわちデータム機能が設けられており、位置決めピンを基準穴に挿入した後、該ピンを拡径することで、可動部材を基準部材に強固に支持することができる。
特許第３３３８６６９号公報

ところが、可動部材に形成されている２つの基準穴は、穴を形成する際の周囲、または加工時の温度や、可動部材を基準部材に位置決め固定する際の周囲の温度、もしくは穴形成の加工精度によって、２つの基準穴の距離に誤差が生じることがある。この誤差のことをピッチ誤差という。

上記従来の位置決め装置を備えている基準部材の両位置決めピンに、ピッチ誤差が生じている状態の可動部材の両基準穴を挿入しようとすると、位置決めピンに基準穴が挿入できない恐れがある。また、この恐れを防止しようとして、位置決めピンの径を基準穴の内径に対して余裕を持たせるようにすると、挿入後、ガタが生じてしまい、可動部材の位置決め精度が低下する恐れがある。

発明者は、このガタを防止するために、上記特許文献１に記載されているような位置決めピンを拡径する機能を従来のいずれかの位置決めピンに適用することを考えたが、ピッチ誤差が生じている状態では、いずれかのピンを拡径すると、他のピンが挿入されている基準穴が変形する恐れがあると考えた。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は、可動部材を精度良く基準部材に位置決め固定させることができる位置決め装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明では、基準部材の支持面に可動部材の被支持面を受け止めるようにした位置決め装置であって、基準部材に形成され、被支持面に形成されている第１基準穴に対向する第１位置決めピンと、基準部材に形成され、被支持面に形成されている第２基準穴に対向する第２位置決めピンと、を備え、第２位置決めピンは、第２基準穴に挿入可能なピン部と、一方の端部がピン部を支持し、もう一方の端部が基準部材に固定され、第１位置決めピンと第２位置決めピンとのそれぞれの中心軸を結んだ線に沿った方向に対して略直角の方向の弾性係数よりも、当該線に沿った方向の弾性係数の方が低い弾性係数を有する支持部と、からなっており、支持部は、複数の柱部材からなり、柱部材の中心軸同士を結んだ線が、第１位置決めピンと第２位置決めピンとのそれぞれの中心軸を結んだ線に沿った方向とほぼ直角となるように基準部材に固定され、支持部が撓むことにより、ピン部が第１位置決めピンと第２位置決めピンとのそれぞれの中心軸を結んだ線に沿った方向に移動することを特徴としている。

この構成によれば、可動部材に形成されている第１、第２基準穴にピッチ誤差が生じている状態であっても、第２位置決めピンは、第１位置決めピンとの距離を調整することができるので、ピッチ誤差を吸収して、両位置決めピンに両基準穴を挿入することができる。

また、第２位置決めピンは、両位置決めピンの中心軸を結んだ線上を移動するので、ピッチ誤差が生じている可動部材を基準部材に固定しても、両基準穴の中心軸を結ぶ線と第１基準穴の中心軸を通る基準部材上の仮想の基準線とのなす角度を変化させずに可動部材を精度良く基準部材に位置決め固定することができる。

また、第２位置決めピンの支持部は、前記線に沿った方向の弾性係数の方が、前記線に沿った方向と略直角の方向の弾性係数に比べ低いので、前記線に沿った方向には変形しやすく、前記線に沿った方向と略直角の方向には変形し難くなる。これにより、第２位置決めピンのピン部を前記線に沿った方向のみに移動させることができる。また、支持部は、複数の柱部材からなり、柱部材の中心軸同士を結んだ線が、第１、第２位置決めピンのそれぞれの中心軸を結んだ線に沿った方向とほぼ直角となるように基準部材に固定されている。この構成によっても、第１、第２位置決めピンのそれぞれの中心軸を結んだ線に沿った方向に弾性変形し、その方向と略直角の方向には弾性変形し難い第２位置決めピンとすることができる。

本発明の請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のピン部は、具体的には、球体であることを特徴とする。この構成により、ピン部が傾斜しても、ピン部を第２基準穴に挿入することができる。

請求項３に記載の発明では、第１位置決めピンは、このピンが第１基準穴に挿入された後、このピンの径を拡大する拡径手段を備えていることを特徴としている。この構成によれば、第１位置決めピンと第１基準穴との寸法公差によるガタを防止して可動部材を基準部材の適切な位置に位置決め固定することができる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を図１から図７に基づいて説明する。本実施形態では、可動部材としてのワークをマシニングセンタの基準部材としてのテーブルに位置決め固定し、加工を行う例について説明する。

図１は、本実施形態における位置決め装置を模式的に示したテーブルおよびワークの側面図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。図３は、図１中の回転位置決めピンの斜視図である。図４から図７は本実施形態を実施する際の位置決め動作を示す図である。

図１に示すように、ワーク２０には、ＮＣフライス盤やＮＣボール盤によって、マシニングセンタのテーブル１０に対して基準となる被支持面２１と、テーブル１０に対して位置決め固定するための基準となる穴、すなわち平面位置決め基準穴２２および回転位置決め基準穴２３が形成されている。平面位置決め基準穴２２と回転位置決め基準穴２３は予め定められた所定のピッチを有して形成されている。平面位置決め基準穴２２は請求項１に記載の第１基準穴に相当し、回転位置決め基準穴２３は請求項１に記載の第２基準穴に相当する。

テーブル１０は、その上面にワーク２０の被支持面２１を受け止めることができる支持面１１、平面位置決め基準穴２２に対応する第１位置決めピンとしての平面位置決めピン１２、および回転位置決め基準穴２３に対応する第２位置決めピンとしての回転位置決めピン１３を備えている。

図２に示すように、平面位置決めピン１２は、支持面１１から突出するように設けられている。このピン１２は、平面位置決め基準穴２２を挿入することにより、テーブル１０の所定の位置（図２中の２本の一点鎖線が交差する位置）に平面位置決め基準穴２２を位置決め固定する。本実施形態では、図２中の一点鎖線の横方向に延びる線を、仮想の基準線とする。

図２および図３に示すように、回転位置決めピン１３は、テーブル１０の段差部から突出するように設けられている。このピン１３は、回転位置決め基準穴２３を挿入することにより、平面位置決めピン１２と回転位置決めピン１３とのそれぞれの中心軸とを結んだ線（図２中の破線で示す線）と、図２中の仮想の基準線とのなす角度が所定の角度θとなるように回転位置決め基準穴２３を位置決め固定する。

回転位置決めピン１３は、回転位置決め基準穴２３に挿入可能な球体状のピン部１４とピン部１４を支える支持部１５からなっている。この支持部１５は、長辺および短辺を有する断面略長方形の板状の弾性部材からなっており、一方の端部はピン部１４を支持し、もう一方の端部はテーブル１０の段差部に固定されている。

支持部１５は、上記長辺側の側面である長辺側側面１６と上記短辺側の側面である短辺側側面１７とを有する板状の弾性部材からなっているので、長辺側側面１６に対して略垂直な方向（以下、この方向を変位方向という）には、撓みやすく、短辺側側面１７に対して略垂直な方向（以下、この方向を剛体方向という）には、きわめて撓み難くなっている。言い換えると、この支持部１５の弾性係数は、剛体方向よりも、変位方向の方が、弾性係数が低いと言える。

本実施形態では、支持部１５は、この支持部１５の変位方向を、平面位置決めピン１２と回転位置決めピン１３とのそれぞれの中心軸を結んだ線（図２中の破線参照）（以下、この方向をピッチ方向という）に一致させるようにしてテーブル１０の段差部に固定されている。この構造により、ピン部１４は、上記線上、すなわちピッチ方向のみ移動することができる。

ピン部１４を移動させることができれば、ワーク２０に予め形成される両基準穴２２、２３のピッチ誤差を吸収して、両位置決めピン１２、１３に両基準穴２２、２３を挿入することができる。また、ピン部１４は、上記線上、すなわちピッチ方向のみ移動するので、両基準穴２２、２３のピッチ誤差を吸収しつつ、両基準穴２２、２３の中心軸を結ぶ線と上記仮想の基準線とのなす角度θを変化させずにワーク２０を精度良くテーブル１０に位置決め固定することができる。

（回転位置決めピンのピッチ誤差吸収動作について）
次に、回転位置決めピンのピッチ誤差吸収動作を図４から図７に基づいて説明する。図４は、ワークをテーブルに位置決め固定する前の状態を示すテーブルおよびワークの側面図である。図５は、図４中のＶ−Ｖ線矢視図である。図６は、ワークをテーブルに位置決め固定した状態を示すテーブルおよびワークの側面図である。図７は、図ＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視図である。

図４および図５に示すように、ワーク２０に形成されている両基準穴２２、２３には、ピッチ誤差が生じている。図５に示すように、平面位置決めピン１２を平面位置決め基準穴２２に合わせると、破線で示す回転位置決めピン１３は実線で示す回転位置決め基準穴２３からずれてしまう。このとき、平面位置決め基準穴２２と回転位置決め基準穴２３とのそれぞれを結ぶ線（破線）と図５中の横方向に延びる一点鎖線（仮想の基準線）とのなす角度は、角度θ１となっており、所定の角度θと一致していない。

次に、図６および図７に示すように、平面位置決め基準穴２２を平面位置決めピン１２に挿入するようにワーク２０をテーブル１０に近づける。すると、回転位置決めピン１３のピン部１４は、支持部１５の弾性作用により平面位置決めピン１２と回転位置決めピン１３とのそれぞれの中心軸を結んだ線上を移動する。図６では、ピン部１４は、平面位置決めピン１２に近づく方向に移動する。

ピン部１４は、ピッチ方向のみに移動するので、両基準穴２２、２３がそれぞれのピン１２、１３に挿入される際、両基準穴２２、２３のピッチ誤差をピン部１４で吸収しつつ、平面位置決め基準穴２２と回転位置決め基準穴２３のそれぞれの中心軸を結んだ線と上記仮想の基準線とのなす角度を所定の角度θを維持した状態でワーク２０をテーブル１０に位置決め固定することができる。

また、ピン部１４は球体状となっているので、ピン部１４がピッチ誤差を吸収するために傾斜したとしても、ピン部１４を回転位置決め基準穴２３に挿入することができる。また、ピン部１４を回転位置決め基準穴２３に挿入しやすい。

本実施形態で形成されている両基準穴２２、２３は、他の機能部品を挿入する穴として利用しても良い。

次に、第１の実施形態の第１の変形例を図８に基づいて説明する。図８（ａ）は、この変形例の回転位置決めピンの上面図であり、図８（ｂ）は、この変形例の回転位置決めピンの正面図であり、図８（ｃ）は、この変形例の回転位置決めピンの側面図である。

図８（ａ）から（ｃ）に示すように、テーブル１０に、その壁面がそれぞれの支持部１５の両短辺側側面１７に対向するような案内壁３０を設けるようにしても良い。この構成によれば、支持部１５が剛体方向に撓むのを極力防止することができる。

次に、第１の実施形態の第２の変形例を図９に基づいて説明する。図９（ａ）は、この変形例の回転位置決めピンの上面図であり、図９（ｂ）は、この変形例の回転位置決めピンの正面図であり、図９（ｃ）は、この変形例の回転位置決めピンの側面図である。

本実施形態では、支持部１５は、断面略長方形の板状の弾性部材を採用して説明したが、図９（ｂ）に示すように、長辺側側面が略台形の板状の支持部１５を使用しても本実施形態と同様な作用効果が得られる。また、この支持部１５に図８（ａ）から（ｃ）に示すような案内壁３０を組み合わせても良い。

また、平面位置決めピン１２に、例えば、特許文献１に記載されているようなピンの径を拡大することが可能な拡径手段を適用しても良い。拡径手段の具体的な構造については、特許文献１に記載されているので、詳細な説明は省略する。この構造によれば、平面位置決めピン１２と平面位置決め基準穴２２との寸法公差によるガタを防止してワーク２０をテーブル１０の所定位置に位置決め固定する際の位置決めの精度がより向上する。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図１０に基づいて説明する。なお、第１の実施形態と同一機能物および同一処理は、同一符号を付す。ここでは、第１の実施形態と相違する特徴点のみを説明する。図１０（ａ）は、第２の実施形態における回転位置決めピンの上面図であり、図１０（ｂ）は、この実施形態の回転位置決めピンの正面図であり、図１０（ｃ）は、この実施形態の回転位置決めピンの側面図である。

図１０（ａ）から（ｃ）に示すように、支持部１５は、３本の円柱状の円柱部材からなっている。支持部１５の一方の端部はピン部１４を支持し、もう一方の端部は、それぞれの円柱部材の中心軸（図１０（ａ）中の一点鎖線）を結んだ線が、上記ピッチ方向とほぼ直角となるようにテーブル１０の段差部に固定されている（図１０（ａ）参照）。なお、支持部１５を構成する部材の本数は２本以上であれば良い。また、支持部１５の断面形状は、円形でなくても良く、四角形であっても良いし、多角形でも良い。

この構成によっても、第１の実施形態と同様、支持部１５は、ピッチ方向に撓みやすく、その直角の方向にきわめて撓み難くなる。これにより、ピン部１４は、ピッチ方向のみに移動するので、両基準穴２２、２３がそれぞれのピン１２、１３に挿入される際、両基準穴２２、２３のピッチ誤差をピン部１４で吸収しつつ、平面位置決め基準穴２２と回転位置決め基準穴２３のそれぞれの中心軸を結んだ線と上記仮想の基準線とのなす角度を所定の角度θを維持した状態でワーク２０をテーブル１０に位置決め固定することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、図１１に基づいて説明する。なお、第１の実施形態と同一機能物および同一処理は、同一符号を付す。ここでは、第１の実施形態と相違する特徴点のみを説明する。図１１（ａ）は、第３の実施形態における回転位置決めピンの上面図であり、図１１（ｂ）は、この実施形態の回転位置決めピンの正面図であり、図１１（ｃ）は、この実施形態の回転位置決めピンの側面図である。

図１１（ａ）から（ｃ）に示すように、支持部１５は、一方の端部にピン部１４を支持する角柱状の角柱１５ａと、ピン部１４ならびに角柱１５ａを変位方向に回転可能に保持する請求項に記載の回転軸部材としてのシャフト１９と、角柱１５ａに、角柱１５ａの変位方向と反対方向の反力を付与する請求項に記載の反力発生手段としてのトーションスプリング１８とからなっている。

角柱１５ａのもう一方の端部は、テーブル１０に設けられた凹部に、シャフト１９によってピッチ方向に回転可能に保持されている（図１１（ｂ）参照）。トーションスプリング１８は、角柱１５ａに変位方向と反対方向の反力を付与するように、一端部が角柱１５ａに支持され、もう一端部がテーブル１０に支持されている。なお、ピン部１４を支持する部材は、円柱状の部材であっても良いし、断面多角形状の部材であっても良い。

この構成によれば、第１の実施形態と同様、ピン部１４は、ピッチ方向のみに移動するので、両基準穴２２、２３がそれぞれのピン１２、１３に挿入される際、両基準穴２２、２３のピッチ誤差をピン部１４で吸収しつつ、平面位置決め基準穴２２と回転位置決め基準穴２３のそれぞれの中心軸を結んだ線と上記仮想の基準線とのなす角度を所定の角度θを維持した状態でワーク２０をテーブル１０に位置決め固定することができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について、図１２に基づいて説明する。なお、第１の実施形態と同一機能物および同一処理は、同一符号を付す。ここでは、第１の実施形態と相違する特徴点のみを説明する。図１２（ａ）は、第４の実施形態における回転位置決めピンの上面図であり、図１２（ｂ）は、この実施形態の回転位置決めピンの正面図であり、図１２（ｃ）は、この実施形態の回転位置決めピンの側面図である。

図１２（ａ）から（ｃ）に示すように、テーブル１０には、回転位置決めピン１３がピッチ方向に沿って移動可能とするための請求項に記載の案内部としてのリニアガイド３１が形成されている。リニアガイド３１は、例えば、テーブル１０上に形成されるピッチ方向に延びる溝の両側面に形成される凸状のレールからなっている（図１２（ｂ）参照）。このリニアガイド３１は、図１２（ａ）から（ｃ）の中では一点鎖線で示している。回転位置決めピン１３の下端部には、上記凸状のレールに対応する凹部１５ｂが形成されており、回転位置決めピン１３は、この凸状のレールに沿って移動可能となる（図１２（ｃ）参照）。

この構成によれば、第１の実施形態と同様、回転位置決めピン１３は、ピッチ方向のみに移動するので、両基準穴２２、２３がそれぞれのピン１２、１３に挿入される際、両基準穴２２、２３のピッチ誤差をピン１３で吸収しつつ、平面位置決め基準穴２２と回転位置決め基準穴２３のそれぞれの中心軸を結んだ線と上記仮想の基準線とのなす角度を所定の角度θを維持した状態でワーク２０をテーブル１０に位置決め固定することができる。

また、この回転位置決めピン１３の上端部は、球面状となっているので、回転位置決めピン１３を回転位置決め基準穴２３に容易に挿入させることができる。また、上端部の形状は、傾斜面であっても良い。

（その他の実施形態）
上記第１から第３の実施形態では、請求項１に記載の可動部材をワーク２０とし、基準部材をマシニングセンタのテーブル１０として説明したが、可動部材をワークとし、基準部材を、ワークを支持するワークパレットとしても良いし、可動部材をワークパレットとし、基準部材を、ワークパレットを支持するマシニングセンタのテーブルとしても良い。

第１の実施形態における位置決め装置を模式的に示したテーブルおよびワークの側面図である。図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。図１中の回転位置決めピンの斜視図である。ワークをテーブルに位置決め固定する前の状態を示すテーブルおよびワークの側面図である。図４中のＶ−Ｖ線矢視図である。ワークをテーブルに位置決め固定した状態を示すテーブルおよびワークの側面図である。図ＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視図である。（ａ）は、第１の実施形態の第１の変形例における回転位置決めピンの上面図であり、（ｂ）は、この変形例の回転位置決めピンの正面図であり、（ｃ）は、この変形例の回転位置決めピンの側面図である。（ａ）は、第１の実施形態の第２の変形例における回転位置決めピンの上面図であり、（ｂ）は、この変形例の回転位置決めピンの正面図であり、（ｃ）は、この変形例の回転位置決めピンの側面図である。（ａ）は、第２の実施形態における回転位置決めピンの上面図であり、（ｂ）は、この実施形態の回転位置決めピンの正面図であり、（ｃ）は、この実施形態の回転位置決めピンの側面図である。（ａ）は、第３の実施形態における回転位置決めピンの上面図であり、（ｂ）は、この実施形態の回転位置決めピンの正面図であり、（ｃ）は、この実施形態の回転位置決めピンの側面図である。（ａ）は、第４の実施形態における回転位置決めピンの上面図であり、（ｂ）は、この実施形態の回転位置決めピンの正面図であり、（ｃ）は、この実施形態の回転位置決めピンの側面図である。

符号の説明

１０テーブル（基準部材）
１１支持面
１２平面位置決めピン（第１位置決めピン）
１３回転位置決めピン（第２位置決めピン）
１４ピン部
１５支持部
１６長辺側側面
１７短辺側側面
２０ワーク（可動部材）
２１被支持面
２２平面位置決め基準穴（第１基準穴）
２３回転位置決め基準穴（第２基準穴）

Claims

基準部材の支持面に可動部材の被支持面を受け止めるようにした位置決め装置であって、
前記基準部材に形成され、前記被支持面に形成されている第１基準穴に対向する第１位置決めピンと、
前記基準部材に形成され、前記被支持面に形成されている第２基準穴に対向する第２位置決めピンと、を備え、
前記第２位置決めピンは、前記第２基準穴に挿入可能なピン部と、一方の端部が前記ピン部を支持し、もう一方の端部が前記基準部材に固定され、前記第１位置決めピンと前記第２位置決めピンとのそれぞれの中心軸を結んだ線に沿った方向に対して略直角の方向の弾性係数よりも、前記線に沿った方向の弾性係数の方が低い弾性係数を有する支持部と、からなっており、
前記支持部は、複数の柱部材からなり、前記柱部材の中心軸同士を結んだ線が、前記第１位置決めピンと前記第２位置決めピンとのそれぞれの中心軸を結んだ線に沿った方向とほぼ直角となるように前記基準部材に固定され、
前記支持部が撓むことにより、前記ピン部が前記第１位置決めピンと前記第２位置決めピンとのそれぞれの中心軸を結んだ線に沿った方向に移動することを特徴とする位置決め装置。
前記ピン部は、球体であることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
前記第１位置決めピンは、このピンが前記第１基準穴に挿入された後、径方向に拡径させることが可能な拡径手段を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置決め装置。